CH622607A5

CH622607A5 - Combined central heating installation

Info

Publication number: CH622607A5
Application number: CH725278A
Authority: CH
Inventors: Francois Colin; Bernard Dauga; Jean-Claude Orriols
Original assignee: Pont A Mousson
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1981-04-15
Also published as: IT7868157A0; FR2396935A1; ES470958A1; FR2396935B1; BE868691A

Description

La présente invention est relative à une installation de chauffage central de locaux comprenant une réserve d'eau chauffée par l'énergie solaire, au moins un radiateur commandé par un robinet thermostatique, une conduite d'amenée d'eau de la réserve au radiateur, une conduite de retour de l'eau du radiateur à la réserve, et une chaudière auxiliaire. The present invention relates to a central heating installation for premises comprising a reserve of water heated by solar energy, at least one radiator controlled by a thermostatic tap, a pipe for supplying water from the reserve to the radiator, a water return line from the radiator to the reserve, and an auxiliary boiler.

Afin de récupérer l'énergie émise par le soleil, on a déjà pensé que cette énergie pouvait être transformée en énergie calorifique dans des capteurs et que cette énergie calorifique pouvait servir au chauffage de locaux d'habitation. Malheureusement, des études plus complètes ont montré que, en particulier dans les climats tempérés, l'énergie solaire ne permettait pas d'assurer, économiquement, tout l'apport calorifique nécessaire au chauffage de locaux et notamment en période de froid en hiver. In order to recover the energy emitted by the sun, it has already been thought that this energy could be transformed into heat energy in sensors and that this heat energy could be used for heating residential premises. Unfortunately, more complete studies have shown that, in particular in temperate climates, solar energy does not make it possible, economically, to provide all the calorific contribution necessary for space heating and especially in cold periods in winter.

C'est pourquoi il est connu de compléter cet apport d'énergie calorifique d'origine solaire par un apport calorifique provenant d'une chaudière auxiliaire classique du type électrique ou à combustible liquide, gazeux ou solide. This is why it is known to supplement this supply of heat energy of solar origin by a heat supply coming from a conventional auxiliary boiler of the electric type or with liquid, gaseous or solid fuel.

Dans les installations connues de ce type, la chaudière est placée en parallèle sur la réserve d'eau et assure seule le chauffage des locaux lorsque cette réserve ne suffit pas à assurer ce chauffage. Par suite, lorsque la chaudière auxiliaire assure le chauffage des locaux, l'énergie solaire récupérée n'est pas utilisée et est donc perdue. In known installations of this type, the boiler is placed in parallel on the water reserve and only provides heating of the premises when this reserve is not sufficient to ensure this heating. As a result, when the auxiliary boiler heats the premises, the recovered solar energy is not used and is therefore lost.

L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant une installation qui utilise au maximum la chaleur solaire disponible. A cet effet, l'installation selon l'invention est caractérisée par la revendication 1. The object of the invention is to remedy this drawback by providing an installation which makes maximum use of the available solar heat. To this end, the installation according to the invention is characterized by claim 1.

La vanne n'ouvre sa seconde entrée que lorsque la puissance calorifique fournie par la réserve est insuffisante, la chaudière auxiliaire fournissant seulement alors le complément de puissance nécessaire. The valve opens its second inlet only when the heating power supplied by the reserve is insufficient, the auxiliary boiler only then providing the necessary additional power.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé, sur lequel la figure unique est un schéma d'une installation de chauffage central suivant l'invention. The characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawing, in which the single figure is a diagram of a central heating installation according to the invention .

L'installation de chauffage central représentée est destinée à chauffer des radiateurs 1 commandés chacun par un robinet thermostatique 2 et disposés chacun dans un local. Ces radiateurs sont montés en parallèle entre deux points A et B. The central heating installation shown is intended to heat radiators 1 each controlled by a thermostatic valve 2 and each arranged in a room. These radiators are mounted in parallel between two points A and B.

L'installation comporte deux sources de chaleur: un circuit solaire 3 et une chaudière auxiliaire 4 électrique ou à combustible. The installation comprises two heat sources: a solar circuit 3 and an auxiliary electric or fuel boiler 4.

Le circuit 3 comporte, d'une part, un capteur solaire 5 muni d'un circuit d'eau CDEF et d'une pompe de circulation 6 intercalée dans ce circuit. Le tronçon DE constitue un élément d'un échangeur de chaleur 7 de faible capacité en eau. En amont du point D, un distributeur 8 peut faire passer l'eau soit dans le tronçon DE, soit en dérivation directement vers un point D' situé entre E et F. Le circuit 3 comporte également une réserve d'eau de chauffage 9 munie entre sa sortie et son entrée d'un circuit GHJK de récupération de la chaleur solaire. Le tronçon GH est en relation d'échange thermique avec le tronçon DE et complète l'échangeur 7. Une pompe 10 est intercalée dans ce tronçon GH. The circuit 3 comprises, on the one hand, a solar collector 5 provided with a water circuit CDEF and a circulation pump 6 interposed in this circuit. The section DE constitutes an element of a heat exchanger 7 of low water capacity. Upstream of point D, a distributor 8 can pass the water either through the section DE, or bypass directly to a point D 'located between E and F. The circuit 3 also includes a reserve of heating water 9 provided between its output and its input from a GHJK solar heat recovery circuit. The GH section is in heat exchange relationship with the DE section and completes the exchanger 7. A pump 10 is inserted in this GH section.

Un ballon 11 d'eau sanitaire est disposé en relation d'échange thermique avec la réserve 9 et se trouve donc sensiblement à la même température. A domestic water tank 11 is arranged in heat exchange relationship with the reserve 9 and is therefore at substantially the same temperature.

L'installation comporte deux vannes mélangeuses à trois voies identiques 12a et 12b. Les éléments correspondants seront respectivement affectés des indices a et b. Chaque vanne comporte un corps tubulaire 13 muni de deux tubulures d'entrée 14, 15 et d'une tubulure de sortie 16. L'intérieur du corps 13 est séparé en deux chambres par une cloison 17 percée en son centre et munie d'un siège tronconique. L'endroit où débouche la tubulure 15 forme un second siège tronconique coaxial au premier. La tubulure 14 débouche dans la chambre supérieure du corps 13, les tubulures 15 et 16 dans la chambre inférieure. Un double obturateur 18 est porté par une tige traversant la cloison 17, sollicitée vers le haut par un ressort 19 et fixée à son extrémité à la membrane 20 d'un actionneur 21 solidaire du corps 13. Les chambres supérieure et inférieure de l'actionneur 21 sont reliées respectivement aux tubulures 14 et 16 par des conduits 22 et 23. Les détails de réalisation de ces vannes sont décrits dans le brevet FR N° 2211108. Toutes les variantes décrites dans ce brevet peuvent être utilisées ici. The installation comprises two identical three-way mixing valves 12a and 12b. The corresponding elements will be respectively assigned indices a and b. Each valve comprises a tubular body 13 provided with two inlet pipes 14, 15 and an outlet pipe 16. The interior of the body 13 is separated into two chambers by a partition 17 pierced in its center and provided with a frustoconical seat. The place where the tubing 15 opens out forms a second frustoconical seat coaxial with the first. The tube 14 opens into the upper chamber of the body 13, the tubes 15 and 16 in the lower chamber. A double shutter 18 is carried by a rod passing through the partition 17, urged upwards by a spring 19 and fixed at its end to the membrane 20 of an actuator 21 secured to the body 13. The upper and lower chambers of the actuator 21 are respectively connected to the pipes 14 and 16 by conduits 22 and 23. The details of embodiment of these valves are described in patent FR No. 2211108. All the variants described in this patent can be used here.

Le montage des vannes 12a et 12b est le suivant: The mounting of the valves 12a and 12b is as follows:

Les entrées 14a et 15° de la vanne 12a sont reliées respectivement à la sortie de la chaudière 4 et au point J, l'entrée de cette chaudière étant branchée en un point L situé entre ce point J et l'entrée 15a. La sortie 16a de la vanne 12a est reliée à l'entrée 14b de la vanne 12b. The inputs 14a and 15 ° of the valve 12a are respectively connected to the output of the boiler 4 and to point J, the input of this boiler being connected at a point L situated between this point J and the input 15a. The outlet 16a of the valve 12a is connected to the inlet 14b of the valve 12b.

La sortie 16b de celle-ci est reliée au point A par l'intermédiaire d'une pompe de circulation 24. Le point B est relié à un point M du circuit solaire situé entre les points J et K, et l'entrée 15b de la vanne 12b est branchée en un point N situé entre les points B et M. The output 16b thereof is connected to point A via a circulation pump 24. Point B is connected to a point M of the solar circuit located between points J and K, and the input 15b of the valve 12b is connected at a point N located between points B and M.

L'installation comporte encore un chauffe-eau sanitaire d'appoint 25 à résistance électrique 26, ainsi que deux capteurs de température 27, 28 prévus respectivement dans le circuit CDEF et dans la réserve 9. Un comparateur (non représenté) commande la The installation also includes an additional domestic water heater 25 with electrical resistance 26, as well as two temperature sensors 27, 28 provided respectively in the CDEF circuit and in the reserve 9. A comparator (not shown) controls the

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vanne 8 de la façon suivante: lorsque la température au point 27 est la plus élevée, l'eau est envoyée vers le point D; lorsqu'elle est inférieure à la température mesurée en 28, l'eau est recirculée vers le point D'. valve 8 as follows: when the temperature at point 27 is the highest, the water is sent to point D; when it is lower than the temperature measured at 28, the water is recirculated to point D '.

L'installation ainsi décrite fonctionne comme indiqué ci-après, les pompes 6, 10 et 24 fonctionnant en permanence; les flèches en traits pleins indiquent le sens de circulation de l'eau. The installation thus described operates as indicated below, the pumps 6, 10 and 24 operating continuously; the arrows in solid lines indicate the direction of water circulation.

Le fonctionnement de la vanne 12b est décrit en détail dans le brevet FR N° 2211108 précité. On n'en rappellera donc ci-dessous que les points essentiels: une température de consigne étant affichée sur chaque robinet thermostatique 2, on suppose atteint un état d'équilibre où l'obturateur 18b laisse passer une certaine quantité d'eau par chaque entrée 14b, 15b. Si la température d'un local baisse, le robinet 2 correspondant s'ouvre; le débit global entre A et B augmente, ainsi par conséquent que la différence de pression entre les points 14b et 16b, la vanne 12b elle-même jouant le rôle d'un étranglement de la conduite 14b-16b; cela provoque la descente de l'obturateur 18b et donc l'augmentation de la proportion d'eau entrant par l'entrée 14b. Cette eau étant plus chaude que l'eau de retour recyclée en 15b, la température du mélange sortant en 16b s'élève, ce qui s'ajoute à l'effet d'ouverture du robinet 2 pour ramener la température du local à la valeur de consigne. Inversement, quand la température du local augmente, le débit global entre A et B et la pression différentielle diminuent, et l'obturateur 18b monte en augmentant la proportion d'eau relativement froide dans le mélange. The operation of valve 12b is described in detail in the aforementioned patent FR No. 2211108. We will therefore only recall below the essential points: a set temperature being displayed on each thermostatic valve 2, it is assumed that a state of equilibrium has been reached where the shutter 18b allows a certain amount of water to pass through each inlet 14b, 15b. If the temperature of a room drops, the corresponding tap 2 opens; the overall flow between A and B increases, as well as the pressure difference between points 14b and 16b, the valve 12b itself playing the role of a constriction of the pipe 14b-16b; this causes the shutter 18b to descend and therefore the proportion of water entering via the inlet 14b to increase. This water being hotter than the return water recycled in 15b, the temperature of the mixture leaving in 16b rises, which is added to the opening effect of tap 2 to bring the temperature of the room back to the value setpoint. Conversely, when the temperature of the room increases, the overall flow between A and B and the differential pressure decrease, and the shutter 18b rises by increasing the proportion of relatively cold water in the mixture.

Il y a donc à tout moment une certaine demande de puissance calorifique globale définie par les robinets 2, et la vanne 12b assure que seule sera fournie par les sources de chaleur la quantité de chaleur additionnelle nécessaire; celle-ci se traduit par un débit d'eau chaude au point 14b variant en fonction inverse de la température de cette eau chaude. There is therefore at all times a certain demand for overall calorific power defined by the taps 2, and the valve 12b ensures that only the amount of additional heat required will be supplied by the heat sources; this results in a flow of hot water at point 14b varying as an inverse function of the temperature of this hot water.

Un principe analogue est appliqué pour n'utiliser la chaudière 4 que pour fournir la puissance calorifique d'appoint nécessaire lorsque la réserve 9 est insuffisante. A similar principle is applied in order to use the boiler 4 only to provide the additional heat capacity necessary when the reserve 9 is insufficient.

Grâce à la pompe 10, la chaleur est constamment prélevée dans l'échangeur 7 au circuit CDEF et stockée dans la réserve 9, qui atteint une température d'équilibre fonction de l'ensoleillement. Thanks to the pump 10, the heat is constantly removed in the exchanger 7 at the CDEF circuit and stored in the reserve 9, which reaches an equilibrium temperature depending on the amount of sunshine.

Pour une valeur donnée de cette température, chaque valeur de la demande calorifique globale, déterminée par les robinets thermostatiques 2, se traduit par un débit donné en 14b et en 16a. Jusqu'à une certaine valeur de ce débit, la pression différentielle entre les points 14a et 16a est trop faible pour vaincre le ressort 19a, convenablement taré, de sorte que seule l'entrée 15a est ouverte : toute la chaleur nécessaire est fournie par le circuit solaire. For a given value of this temperature, each value of the overall heat demand, determined by the thermostatic valves 2, results in a given flow rate in 14b and in 16a. Up to a certain value of this flow rate, the differential pressure between points 14a and 16a is too low to overcome the spring 19a, suitably calibrated, so that only the inlet 15a is open: all the necessary heat is supplied by the solar circuit.

Quand le débit global demandé augmente, la pression différentielle entre les points 14a et 16a augmente également; l'obturateur 18a descend en ouvrant dans une certaine mesure l'entrée 14a; la chaudière 4 fournit alors une certaine quantité d'eau chaude, et l'on comprend qu'il ne s'agit que de l'appoint de chaleur nécessaire pour compléter l'apport principal venant du circuit solaire à la valeur demandée en 14b. Il est à noter que c'est de l'eau chauffée par l'énergie solaire qui pénètre dans la chau622 607 When the overall flow requested increases, the differential pressure between points 14a and 16a also increases; the shutter 18a descends by opening to some extent the inlet 14a; the boiler 4 then supplies a certain quantity of hot water, and it is understood that it is only a question of the additional heat necessary to complete the main supply coming from the solar circuit to the value requested in 14b. It should be noted that it is water heated by solar energy which enters the heating system.

dière 4, ce qui améliore le rendement de celle-ci et rend optimale l'utilisation de chaleur solaire. dière 4, which improves its efficiency and optimizes the use of solar heat.

Normalement, la température Tm, mais il peut en être autrement, notamment lorsque, par temps froid, la chaudière 4 fournit la quasi-totalité de la chaleur nécessaire. Cela est gênant, car des quantités de chaleur importantes risquent d'être perdues au passage de l'eau de retour dans la réserve 9. Dans un tel cas, on peut laisser fonctionner la pompe 10 et utiliser la chaleur excédentaire de l'eau de retour pour chauffer, ou au moins préchauffer, l'eau sanitaire du ballon 11. On peut également, au moyen d'un comparateur de températures, provoquer l'arrêt automatique de la pompe 10, auquel cas l'eau de retour retourne en quasi-totalité directement à la chaudière 4 par le conduit J (flèche f en traits mixtes) ; un faible débit continue à circuler dans le circuit solaire et permet au comparateur de remettre la pompe 10 en marche lorsque l'inégalité Tm<Th est rétablie. Cette solution serait souhaitable en particulier dans une installation dépourvue d'un ballon 11 échangeant de la chaleur avec la réserve 9, pour éviter des pertes de chaleur. Normally, the temperature Tm, but it can be otherwise, especially when, in cold weather, the boiler 4 provides almost all of the necessary heat. This is inconvenient, since large amounts of heat may be lost when the water returns to the reserve 9. In such a case, the pump 10 can be left to operate and the excess heat from the water can be used. return to heat, or at least preheat, the domestic water in the tank 11. It is also possible, by means of a temperature comparator, to cause the automatic stop of the pump 10, in which case the return water returns almost -all of them directly to the boiler 4 via the conduit J (arrow f in phantom); a low flow rate continues to circulate in the solar circuit and allows the comparator to restart the pump 10 when the inequality Tm <Th is restored. This solution would be desirable in particular in an installation without a balloon 11 exchanging heat with the reserve 9, to avoid heat losses.

On remarque que la présence de la vanne 12b diminue la quantité de chaleur véhiculée par l'eau de retour, grâce à la recirculation de l'eau de retour qu'elle assure. Note that the presence of the valve 12b reduces the amount of heat conveyed by the return water, thanks to the recirculation of the return water which it provides.

En variante, comme représenté en trait pointillé, l'entrée de la chaudière 4 peut être reliée à un point P du conduit de retour situé entre les points N et M, au lieu d'être reliée au point L. En d'autres termes, les deux sources de chaleur 3 et 9 sont alors branchées en parallèle sur la vanne 12a. Dans cette configuration, l'eau de retour rejoint la chaudière 4 sans traverser le circuit solaire; cela peut être avantageux, par exemple si le ballon 11 est supprimé. Alternatively, as shown in dotted lines, the inlet of the boiler 4 can be connected to a point P of the return duct situated between points N and M, instead of being connected to point L. In other words , the two heat sources 3 and 9 are then connected in parallel to the valve 12a. In this configuration, the return water joins the boiler 4 without passing through the solar circuit; this can be advantageous, for example if the balloon 11 is deleted.

Dans les installations décrites, toute la régulation est hydraulique et s'effectue automatiquement et en continu sans apport extérieur d'énergie; il n'y a aucun organe électronique, aucun risque de panne ni d'étincelle; les organes actifs 12a, 12b sont très peu encombrants, très bon marché, faciles à installer, et leur entretien est à peu près nul. La seule condition pour qu'une telle installation fonctionne est que le débit global entre les points A et B varie en fonction de la demande de puissance calorifique, ce qui est vérifié soit dans le montage en parallèle des radiateurs qui est représenté, soit dans un montage en série à débit global variable. In the installations described, all the regulation is hydraulic and takes place automatically and continuously without external energy input; there are no electronic components, no risk of breakdown or sparks; the active members 12a, 12b are very compact, very inexpensive, easy to install, and their maintenance is almost zero. The only condition for such an installation to work is that the overall flow between points A and B varies according to the demand for heating power, which is verified either in the parallel mounting of the radiators which is represented, or in a series connection with variable overall flow.

Bien entendu, dans ces cas, il est possible de remplacer les vannes 12a, 12b, ou l'une d'elles, par des vannes mélangeuses à trois voies commandées électroniquement à partir de différents paramètres de l'installation, tels que température de l'eau en différents points, température extérieure, etc., mais la commande automatique entièrement hydraulique représentée est nettement préférable. Of course, in these cases, it is possible to replace the valves 12a, 12b, or one of them, by three-way mixing valves controlled electronically from different parameters of the installation, such as temperature of the water at different points, outside temperature, etc., but the fully hydraulic automatic control shown is clearly preferable.

Par contre, dans un montage en série à débit global constant, la commande électronique des vannes mélangeuses doit être utilisée, car les actionneurs 21 ne peuvent fonctionner. On the other hand, in a series connection with constant overall flow, the electronic control of the mixing valves must be used, because the actuators 21 cannot function.

Il est à noter que la vanne 12b n'est pas absolument indispensable pour le fonctionnement de l'installation. Cependant, en son absence, la régulation ne serait faite que par les robinets thermostatiques 2, avec les inconvénients indiqués dans le brevet FR N° 2211108 précité. It should be noted that the valve 12b is not absolutely essential for the operation of the installation. However, in its absence, regulation would only be done by thermostatic valves 2, with the drawbacks indicated in the patent FR No. 2211108 cited above.

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1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

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1. Central heating installation, comprising a water reserve heated by solar energy, at least one radiator controlled by a thermostatic valve, a water supply line from the reserve to the radiator, a return line from the water

from the radiator to the reserve, and an auxiliary boiler, characterized in that it comprises a three-way mixing valve (12a) mounted in the supply line (14M4b), a first inlet (15a) of which is connected to the reserve of water (9) and the other inlet (14a) of which is connected to the boiler (4), means (20 to 23) for automatically and continuously regulating, as a function of the demand for heating power of the thermostatic valve (2), the water flows admitted to the two valve inlets (12a), with priority to the reserve (9), and a second three-way mixing valve (12b) mounted in the supply line downstream of the first (12a), the two inlets (14b-15b) of the second valve being respectively connected to the outlet (16a) of the first valve (12a) and the return line (N).

2. Installation according to claim 1, characterized in that the inlet of the boiler (4) is connected to the return pipe (P).

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3, with variable overall flow, characterized in that each mixing valve (12a-12b) has an actuating rod (18) integral with a membrane (20) subjected respectively on its two faces to the pressures prevailing on the part and another of a supply line throttle (14a-14b).

3. Installation according to claim 1, characterized in that the inlet of the boiler (4) is connected to the outlet (L) of the reserve (9).

4, characterized in that a pipe (GHJK) provided with a circulation pump (10) connects the inlet and the outlet of the reserve (9) and comprises a part (GH) arranged in heat exchange relation with a water circuit (CDEF) heated by solar energy.

4. Installation according to any one of claims 1 to

5. Installation according to any one of claims 1 to

6. Installation according to claim 5, characterized in that it comprises means for stopping the circulation pump (10) when the temperature of the water at the outlet (H) of the part (GH) of the storage pipe (GHJK) is lower than the water temperature at the inlet (M) of the reserve (9).